[发明专利]带有涂层的车刀及其制备方法

说明书

本发明涉及带有涂层的切削工具(硬质合金刀片)，所述切削工具特别适用于对要求刚性的不锈钢部件如方杆，法兰和管件进行湿车削，所述钢带有原始表面如铸造表面，锻造表面，热或冷轧表面或预机加工的表面。

当用硬质合金刀具对不锈钢进行车削时，根据不同的磨损机理如化学磨损，磨擦磨损，粘附磨损和由于沿铣削刀口形成的裂缝而产生的刀口劈裂(所谓梳状裂缝)，切削刀口将被磨损。

不同的切削条件要求切削刀片有不同的性能。例如，当切削带原始表面区的钢材时，带有涂层的硬质合金刀片必须由韧性碳化物组成并具有特好的涂层粘结。当对不锈钢进行车削时，粘附磨损通常是主要的磨损形式。

对于特定的磨损形式，可采取各种措施来改善切削性能。然而，这种作用经常会对其它磨损性能产生副作用。    

迄今为止，还很难同时改善所有的刀具性能。因而，市售的各种硬质合金均针对一种或若干种磨损形式进行最优化，并因此具有特定的应用范围。

瑞典专利申请9503056-5披露了一种带有涂层的车削切割刀具，该刀具特别适于对热和冷锻制的低合金钢进行切削。该刀片的特征在于，硬质合金基体由WC-Co和立方碳化物组成，并具有贫含立方碳化物的15-35微米厚的表面区，涂层包括柱状晶粒TiC_xN_yO_z层和细晶粒的k-Al₂O₃层，和优选的TiN外层。

瑞典专利申请9504304-8披露了一种带有涂层的切削刀片，该刀片特别适于在湿或干条件下对低和中等合金钢进行铣削。该刀片的特征是：硬质合金由WC-Co和立方碳化物组成，所述涂层包括柱状晶粒TiC_xN_yO_z层，平滑细晶粒的k-Al₂O₃层和优选的TiN外层。

业已发现，将上述专利申请中所述的基体和涂层结合，在对不锈钢进行车削时将产生优异的切削性能。业已发现，根据专利申请9503056-5的带有与涂层结合的、贫含立方碳化物表面区的硬质合金体尤其适合于：不锈钢的高速车削，如加工性改进的304L的车削，更困难工件材料如316L的车削以及高程度加热循环操作如方杆的车削；现已发现，最合适的是专利申请9504304-8中所述的纯WC-Co基体。

本发明的用于不锈钢车削的车削刀片由下列物质组成：硬质合金体，它含有熔合大量W的粘结相和化学组成与晶粒大小很好平衡的WC；柱状TiC_xN_yO_z层；k-Al₂O₃层；TiN层。然后还可借助用例如SiC基刷对刀口进行刷光而使切削刀口变得平滑。

钴粘结相大量地熔合有W。在粘结相中W的含量表达为CW比值＝M_s/(Co的重量百分数·0.0161)，式中M_s为所测量的硬质合金的饱和磁化强度(KA/m)，Co的重量百分数为Co在硬质合金中的重量百分数。CW比值是Co粘结相中W含量的函数。低CW比值相当于粘结相中高的W含量。根据本发明，如果硬质合金基体的CW比值为0.78-0.93的话，即可获得改善的切削性能。

根据本发明，提供了一种特别适用于很难车削的不锈钢的车削刀片，该刀片包括有硬质合金体，所述合金体包含如下组份：6-15％(重量)的Co，优选9-12％(重量)的Co，最佳10-11％(重量)的Co，金属Ta，Nb和Ti的0.2-1.8％(重量)的立方碳化物，优选0.4-1.8％(重量)的立方碳化物，最佳0.5-1.7％(重量)的立方碳化物，以及余量WC。另外，该硬质合金还可包含选自元素周期表第IVb，Vb或VIb族元素的另外的碳化物。Ti的含量优选与工艺杂质量相当。优选的WC的平均晶粒大小取决于粘结相的含量。在优选的10-11％(重量)的Co组成时，优选的晶粒大小约为1.5-2微米，优选约1.7微米。CW比值为0.78-0.93，优选为0.80-0.91，最佳为0.82-0.90。该硬质合金可包含少量(＜1％体积)的η-相(M₆C)，而不会有有害的作用。由CW比值可知，在本发明的硬质合金基体中没有游离石墨。

本发明的车削刀片带有的涂层包括：

等轴晶粒的TiC_xN_yO_z的第一层(最里层)，其中x+y+2＝1，优选z＜0.5，晶粒大小＜0.5微米并且层总厚度＜1.5微米，优选＞0.1微米；